JP2021080874A - Exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification device.
従来、エンジンから排出される排気ガスを浄化するための排気浄化装置として、例えば特許文献1に記載の装置が知られている。この排気浄化装置は、排気ガスが流れる排気通路の上流側から順に、排気ガス中のNOxを浄化する第1の還元触媒と、排気ガス中のCO及びHCを浄化すると共にNOxのうちNOを酸化する酸化触媒と、排気ガス中の粒状物質を捕集するフィルタと、排気ガス中のNOxを浄化する第2の還元触媒と、を備える。 Conventionally, as an exhaust gas purification device for purifying exhaust gas discharged from an engine, for example, the device described in Patent Document 1 is known. This exhaust gas purification device purifies the first reduction catalyst that purifies NOx in the exhaust gas, CO and HC in the exhaust gas, and oxidizes NO in the NOx in order from the upstream side of the exhaust passage through which the exhaust gas flows. It is provided with an oxidation catalyst for collecting exhaust gas, a filter for collecting granular substances in the exhaust gas, and a second reduction catalyst for purifying NOx in the exhaust gas.
上述した排気浄化装置では、第1の還元触媒が、酸化触媒、フィルタ、及び第2の還元触媒の上流側に配置されている。このような配置にすると、エンジンから排出された直後の高温の排気ガスが第1の還元触媒に流れることとなり、第1の還元触媒を早期に活性化させることができるので、排気ガス中のNOxの浄化効率の向上を図る上で好適である。しかしながら、上述した排気浄化装置では、触媒に流入する排気ガス中の成分比率を十分考慮した上で触媒が構成されているとは言えず、流入する排気ガス中の成分比率によっては、触媒の浄化性能が十分に発揮されない場合がある。よって、NOxの浄化効率の向上の点で、更なる改良の余地がある。 In the exhaust gas purification device described above, the first reduction catalyst is arranged on the upstream side of the oxidation catalyst, the filter, and the second reduction catalyst. With such an arrangement, the high-temperature exhaust gas immediately after being discharged from the engine flows to the first reduction catalyst, and the first reduction catalyst can be activated at an early stage. Therefore, NOx in the exhaust gas can be activated. It is suitable for improving the purification efficiency of the gas. However, in the above-mentioned exhaust purification device, it cannot be said that the catalyst is configured after fully considering the component ratio in the exhaust gas flowing into the catalyst, and the catalyst is purified depending on the component ratio in the inflowing exhaust gas. Performance may not be fully exhibited. Therefore, there is room for further improvement in terms of improving the purification efficiency of NOx.
本発明は、NOxの浄化効率を向上させることができる排気浄化装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device capable of improving the purification efficiency of NOx.
本発明の一側面に係る排気浄化装置は、エンジンから排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置であって、排気ガスが流れる排気通路に配置され、排気ガスに含まれるNOxを還元する第1の還元触媒と、排気通路における第1の還元触媒の下流側に配置され、少なくともNOxのうちNOを酸化する酸化触媒と、排気通路における酸化触媒の下流側に配置され、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、排気通路におけるフィルタの下流側に配置され、排気ガスに含まれるNOxを還元する第2の還元触媒と、排気通路における第1の還元触媒の上流側に配置され、排気ガスに還元剤を噴射可能に構成された第1の還元剤噴射部と、排気通路におけるフィルタと第2の還元触媒との間に配置され、排気ガスに還元剤を噴射可能に構成された第2の還元剤噴射部と、酸化触媒の温度を検出するセンサと、センサにより検出された酸化触媒の温度に基づいて、第1の還元剤噴射部及び第2の還元剤噴射部を制御する制御部と、を備え、第1の還元触媒は、銅(Cu)を含有し、制御部は、センサにより検出された酸化触媒の温度が酸化触媒の活性温度未満である場合には、第2の還元剤噴射部から還元剤を噴射させずに、第1の還元剤噴射部から噴射させる予定の第1の噴射量に、第2の還元剤噴射部から噴射させる予定の第2の噴射量を加えた量の還元剤を第1の還元剤噴射部から噴射させる。 The exhaust purification device according to one aspect of the present invention is an exhaust purification device that purifies the exhaust gas discharged from the engine, and is arranged in an exhaust passage through which the exhaust gas flows, and reduces NOx contained in the exhaust gas. And the oxidation catalyst which is arranged on the downstream side of the first reduction catalyst in the exhaust passage and oxidizes NO of at least NOx, and the particles which are arranged on the downstream side of the oxidation catalyst in the exhaust passage and contained in the exhaust gas. It is arranged on the downstream side of the filter in the exhaust passage and the filter that collects the state substances, and is arranged on the upstream side of the second reduction catalyst that reduces NOx contained in the exhaust gas and the first reduction catalyst in the exhaust passage. , It is arranged between the first reducing agent injection part configured to inject the reducing agent into the exhaust gas, the filter in the exhaust passage and the second reducing catalyst, and is configured to be able to inject the reducing agent into the exhaust gas. The first reducing agent injection unit and the second reducing agent injection unit are controlled based on the second reducing agent injection unit, the sensor that detects the temperature of the oxidation catalyst, and the temperature of the oxidation catalyst detected by the sensor. The first reduction catalyst contains copper (Cu), and the control unit is the first when the temperature of the oxidation catalyst detected by the sensor is lower than the active temperature of the oxidation catalyst. The second injection to be injected from the second reducing agent injection unit to the first injection amount to be injected from the first reducing agent injection unit without injecting the reducing agent from the second reducing agent injection unit. The amount of the reducing agent added to the amount is injected from the first reducing agent injection unit.
この排気浄化装置では、第1の還元触媒が、酸化触媒、フィルタ、及び第2の還元触媒の上流側に配置されているので、エンジンから排出された直後の高温の排気ガスを第1の還元触媒に流すことができる。これにより、第1の還元触媒を早期に活性化させることができ、NOxの浄化効率の向上を図ることができる。更に、第1の還元触媒は、Cuを含有するCu系の還元触媒となっている。エンジンから排出される排気ガスはNOを多く含むため、第1の還元触媒には、NOの割合が高い状態の排気ガスが流入する。このようにNOが多く存在する(或いはNOのみが存在する)環境下においては、NOxの浄化性能を十分に発揮させる観点から、他の還元触媒を用いるよりもCu系の還元触媒を用いることが好適である。したがって、第1の還元触媒をCu系の還元触媒とすることにより、エンジン直後に配置された第1の還元触媒においてNOxの還元反応を十分に進行させることができ、NOxを効率的に浄化することができる。 In this exhaust purification device, since the first reduction catalyst is arranged on the upstream side of the oxidation catalyst, the filter, and the second reduction catalyst, the high-temperature exhaust gas immediately after being discharged from the engine is reduced to the first reduction. It can be flushed to the catalyst. As a result, the first reduction catalyst can be activated at an early stage, and the NOx purification efficiency can be improved. Further, the first reduction catalyst is a Cu-based reduction catalyst containing Cu. Since the exhaust gas discharged from the engine contains a large amount of NO, the exhaust gas in a state in which the proportion of NO is high flows into the first reduction catalyst. In such an environment where a large amount of NO is present (or only NO is present), it is possible to use a Cu-based reduction catalyst rather than using another reduction catalyst from the viewpoint of fully exerting the purification performance of NOx. Suitable. Therefore, by using the Cu-based reduction catalyst as the first reduction catalyst, the NOx reduction reaction can be sufficiently proceeded in the first reduction catalyst arranged immediately after the engine, and NOx is efficiently purified. be able to.
第1の還元触媒を通過した排気ガスは、酸化触媒及びフィルタを通過した後、第2の還元触媒に流入する。ここで、エンジンの始動時等は、下流側の排気ガスの温度が十分に上昇するまでに時間を要する。このため、下流側の排気ガスの温度が十分に上昇するまでの期間では、下流側の第2の還元触媒の付近の温度が、還元剤からNH3が生成されるために必要な温度に到達せず、第2の還元剤噴射部から還元剤を噴射しても、この還元剤から、第2の還元触媒におけるNOxの還元反応に必要なNH3を生成することはできない。しかし、このような期間においては、下流側の酸化触媒の温度が活性温度に到達しないので、第1の還元触媒を通過した排気ガス中のNH3の多くは、酸化触媒において酸化されずに、第2の還元触媒に供給される。 The exhaust gas that has passed through the first reduction catalyst flows into the second reduction catalyst after passing through the oxidation catalyst and the filter. Here, when the engine is started, it takes time for the temperature of the exhaust gas on the downstream side to rise sufficiently. Therefore, in the period until the temperature of the exhaust gas on the downstream side rises sufficiently, the temperature near the second reducing catalyst on the downstream side reaches the temperature required for NH 3 to be produced from the reducing agent. Even if the reducing agent is injected from the second reducing agent injection unit, NH 3 required for the NOx reduction reaction in the second reducing catalyst cannot be produced from this reducing agent. However, in such a period, since the temperature of the oxidation catalyst on the downstream side does not reach the active temperature, most of NH 3 in the exhaust gas that has passed through the first reduction catalyst is not oxidized in the oxidation catalyst. It is supplied to the second reduction catalyst.
そこで、上述した排気浄化装置では、酸化触媒の温度が活性温度以上である場合には、第2の還元剤噴射部から還元剤を噴射させずに、第1の還元剤噴射部から噴射させる予定の第1の噴射量に、第2の還元剤噴射部から噴射させる予定の第2の噴射量を加えた量の還元剤を、第1の還元剤噴射部から噴射させる。このように、第1の還元触媒において処理しきれない余剰の還元剤を第1の還元剤噴射部から噴射させることにより、還元剤から生成されるNH3を第1の還元触媒の下流側に積極的にリークさせることができる。そして、リークしたNH3の多くは、酸化触媒の温度が活性温度未満である場合、酸化触媒において酸化されずに第2の還元触媒に供給されるので、第2の還元触媒においてNOxの還元反応を進行させることができる。つまり、下流側の排気ガスの温度が十分に上昇するまでの期間において、NOxの還元反応を効率的に進行させることができる。したがって、上述した排気浄化装置によれば、NOxの浄化効率を向上させることができる。 Therefore, in the exhaust purification device described above, when the temperature of the oxidation catalyst is equal to or higher than the active temperature, the reducing agent is not injected from the second reducing agent injection unit, but is injected from the first reducing agent injection unit. The amount of the reducing agent, which is the sum of the first injection amount of the above and the second injection amount to be injected from the second reducing agent injection unit, is injected from the first reducing agent injection unit. In this way, by injecting the excess reducing agent that cannot be processed by the first reducing catalyst from the first reducing agent injection unit, NH 3 generated from the reducing agent is directed to the downstream side of the first reducing catalyst. It can be actively leaked. When the temperature of the oxidation catalyst is lower than the active temperature, most of the leaked NH 3 is supplied to the second reduction catalyst without being oxidized in the oxidation catalyst, so that the NOx reduction reaction occurs in the second reduction catalyst. Can proceed. That is, the NOx reduction reaction can be efficiently promoted in the period until the temperature of the exhaust gas on the downstream side rises sufficiently. Therefore, according to the exhaust gas purification device described above, the NOx purification efficiency can be improved.
制御部は、センサにより検出された酸化触媒の温度が酸化触媒の活性温度以上である場合には、第1の還元剤噴射部から第1の噴射量の還元剤を噴射させ、第2の還元剤噴射部から第2の噴射量の還元剤を噴射させてもよい。この場合、酸化触媒にNH3がリークすると、酸化触媒において、リークしたNH3は、浄化され難く且つ有害性の高いN2Oに酸化されてしまう。そこで、第1の還元剤噴射部から、余剰の還元剤ではなく予定量(第1の噴射量)の還元剤を噴射させることにより、酸化触媒へのNH3のリークを抑制している。これにより、酸化触媒においてN2Oが生成されてしまう事態を抑制できる。また、酸化触媒の温度が酸化触媒の活性温度以上である場合には、第2の還元触媒の付近にて還元剤からNH3を生成できるので、第2の還元剤噴射部から予定量(第2の噴射量)の還元剤を噴射させることで、第2の還元触媒においてNOxの還元反応を進行させることができる。 When the temperature of the oxidation catalyst detected by the sensor is equal to or higher than the active temperature of the oxidation catalyst, the control unit injects a first injection amount of the reducing agent from the first reducing agent injection unit to reduce the second amount. A second injection amount of the reducing agent may be injected from the agent injection unit. In this case, if NH 3 leaks to the oxidation catalyst, the leaked NH 3 is oxidized to N 2 O, which is difficult to purify and is highly harmful, in the oxidation catalyst. Therefore, the leakage of NH 3 to the oxidation catalyst is suppressed by injecting a planned amount (first injection amount) of the reducing agent instead of the surplus reducing agent from the first reducing agent injection unit. As a result, it is possible to suppress the situation where N 2 O is generated in the oxidation catalyst. Further, when the temperature of the oxidation catalyst is equal to or higher than the active temperature of the oxidation catalyst, NH 3 can be generated from the reducing agent in the vicinity of the second reducing catalyst, so that the planned amount (the second By injecting a reducing agent of (2) injection amount), the NOx reduction reaction can proceed in the second reduction catalyst.
第2の還元触媒の上流側部分は、Feを含有し、第2の還元触媒の下流側部分は、Cuを含有してもよい。第1の還元触媒を通過した排気ガス中のNOは、酸化触媒によってNO2に酸化されるので、第2の還元触媒の上流側部分には、NO2の割合が増加した状態(例えば、NO及びNO2の割合が同程度の状態)の排気ガスが流入する。このようにNO及びNO2が共存する環境下においては、NOxの浄化性能を十分に発揮させる観点から、他の還元触媒を用いるよりも、Feを含有するFe系の還元触媒を用いることが好適である。したがって、第2の還元触媒の上流側部分をFe系の還元触媒とすることにより、当該上流側部分において、NOxの還元反応を十分に進行させることができ、NOxを効率的に浄化することができる。第2の還元触媒の上流側部分においてNO及びNO2等が浄化されることで、第2の還元触媒の下流側部分(Cu系の還元触媒)に流入する排気ガス中のNO及びNO2等が減少する。このように、Cu系の還元触媒に流入するNO2を減少させることで、Cu系の還元触媒において、浄化され難く且つ有害性の高いN2Oが多く生成されてしまう事態を抑制できる。Cu系の還元触媒は、NO2の減少によってNOのみが存在するような環境下においても、NOxの還元反応を十分に進行させることができるので、Fe系の還元触媒を通過した排気ガス中のNOxを効率的に浄化することができる。したがって、上述した構成によれば、排気ガス中のNOxの浄化効率を一層向上させることができる。 The upstream portion of the second reduction catalyst may contain Fe, and the downstream portion of the second reduction catalyst may contain Cu. Since NO in the exhaust gas that has passed through the first reduction catalyst is oxidized to NO 2 by the oxidation catalyst, the proportion of NO 2 is increased in the upstream portion of the second reduction catalyst (for example, NO). Exhaust gas with the same ratio of NO 2 and NO 2) flows in. In such an environment where NO and NO 2 coexist, it is preferable to use an Fe-based reduction catalyst containing Fe rather than using another reduction catalyst from the viewpoint of sufficiently exerting the purification performance of NOx. Is. Therefore, by using the upstream portion of the second reduction catalyst as an Fe-based reduction catalyst, the reduction reaction of NOx can be sufficiently proceeded in the upstream portion, and NOx can be efficiently purified. it can. By NO and NO 2 or the like is purified in the upstream portion of the second reduction catalyst, the downstream portion NO and NO 2 and the like in the exhaust gas flowing into the (Cu-based reducing catalyst) of the second reduction catalyst Decreases. By reducing NO 2 flowing into the Cu-based reduction catalyst in this way, it is possible to suppress a situation in which a large amount of N 2 O, which is difficult to purify and is highly harmful, is generated in the Cu-based reduction catalyst. Since the Cu-based reduction catalyst can sufficiently proceed the NOx reduction reaction even in an environment where only NO is present due to the decrease of NO 2, the Cu-based reduction catalyst is contained in the exhaust gas that has passed through the Fe-based reduction catalyst. NOx can be efficiently purified. Therefore, according to the above-described configuration, the purification efficiency of NOx in the exhaust gas can be further improved.
上述した排気浄化装置は、排気通路における第1の還元触媒と酸化触媒との間に配置された第1のアンモニアスリップ触媒を更に備えてもよい。第1の還元触媒の上流側において排気ガスに還元剤が噴射されると、還元剤からNH3が生成される。Cuを含有する第1の還元触媒(Cu系の還元触媒)は、NH3を多く吸着する性質を有するため、生成されたNH3の多くは、第1の還元触媒を通過する際に、第1の還元触媒に吸着する。第1の還元触媒に吸着したNH3は、エンジンから排出された直後の排気ガスによる急激な温度上昇によって、第1の還元触媒からリークする。上述した構成では、第1の還元触媒と酸化触媒との間に第1のアンモニアスリップ触媒が配置されるので、リークしたNH3は、第1のアンモニアスリップ触媒によってNO及びNO2等のNOxに変換された後、酸化触媒に流入する。これにより、酸化触媒において、リークしたNH3が、浄化され難く且つ有害性の高いN2Oに酸化されてしまう事態を抑制できる。その結果、NOxの浄化効率を一層向上させることができる。 The exhaust purification device described above may further include a first ammonia slip catalyst arranged between the first reduction catalyst and the oxidation catalyst in the exhaust passage. When the reducing agent is injected into the exhaust gas on the upstream side of the first reduction catalyst, NH 3 is generated from the reducing agent. Since the first reduction catalyst containing Cu (Cu-based reduction catalyst) has a property of adsorbing a large amount of NH 3 , most of the produced NH 3 is the first when passing through the first reduction catalyst. Adsorbs to the reduction catalyst of 1. The NH 3 adsorbed on the first reduction catalyst leaks from the first reduction catalyst due to a rapid temperature rise due to the exhaust gas immediately after being discharged from the engine. In the above configuration, since the first ammonia slip catalyst is arranged between the first reduction catalyst and the oxidation catalyst, the leaked NH 3 is converted into NOx such as NO and NO 2 by the first ammonia slip catalyst. After being converted, it flows into the oxidation catalyst. As a result, it is possible to suppress a situation in which the leaked NH 3 is oxidized to N 2 O, which is difficult to purify and is highly harmful, in the oxidation catalyst. As a result, the purification efficiency of NOx can be further improved.
上述した排気浄化装置は、排気通路における第2の還元触媒の下流側に配置された第2のアンモニアスリップ触媒を更に備えてもよい。この場合、排気ガス中のNH3は、第2のアンモニアスリップ触媒によってNO及びNO2等のNOxに酸化された後、排気浄化装置の外部に排出されるので、有害物質であるNH3が大気中に放出されてしまう事態を抑制できる。 The exhaust purification device described above may further include a second ammonia slip catalyst arranged on the downstream side of the second reduction catalyst in the exhaust passage. In this case, NH 3 in the exhaust gas is oxidized to NO x such as NO and NO 2 by the second ammonia slip catalyst, and then discharged to the outside of the exhaust purification device. Therefore, NH 3 which is a harmful substance is discharged to the atmosphere. It is possible to suppress the situation where it is released inside.
本発明によれば、NOxの浄化効率を向上させることができる。 According to the present invention, the purification efficiency of NOx can be improved.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一又は同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を適宜省略する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or equivalent elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted as appropriate.
図1は、本実施形態に係る排気浄化装置1を示す概略構成図である。排気浄化装置1は、例えばトラック等の車両に搭載されており、内燃機関であるエンジン2から排出される排気ガスGを浄化する。エンジン2は、例えばディーゼルエンジンである。排気浄化装置1が搭載される車両としては、トラックの他、例えば、トラクター又はバス等の大型の車両であってもよいし、中型自動車、小型自動車、又は軽自動車であってもよい。なお、以下の説明において、「上流側」とは排気ガスGの流れ方向の上流側を意味し、「下流側」とは排気ガスGの流れ方向の下流側を意味する。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an exhaust gas purification device 1 according to the present embodiment. The exhaust gas purification device 1 is mounted on a vehicle such as a truck and purifies the exhaust gas G discharged from the
排気浄化装置1は、排気ガスGが流れる排気通路5に搭載されている。排気浄化装置1は、排気通路5の上流側から下流側に向かって順に、SCR11(第1の還元触媒)と、ASC12(第1のアンモニアスリップ触媒)と、DOC13(酸化触媒)と、DPF14(フィルタ)と、SCR15(第2の還元触媒)と、ASC16(第2のアンモニアスリップ触媒)と、を備えている。更に、排気浄化装置1は、SCR11の上流側を流れる排気ガスGに尿素水を噴射する尿素水噴射部21(第1の還元剤噴射部)と、SCR15の上流側を流れる排気ガスGに尿素水を噴射する尿素水噴射部22(第2の還元剤噴射部)と、尿素水噴射部21及び尿素水噴射部22を制御する制御部23と、SCR11の上流側を流れる排気ガスGの温度を検出するセンサ31と、SCR15を流れる排気ガスGの温度を検出するセンサ32と、を備えている。
The exhaust purification device 1 is mounted in the
SCR(Selective Catalytic Reduction)11は、排気ガスG中のNOx(窒化酸化物)を選択的に還元して浄化する選択還元触媒であり、例えば、排気ガスGの温度が高温となるエンジン2の直下に配置されている。エンジン2の直下は、エンジン2の流出口の下流側であって当該流出口に近接した位置である。エンジン2の直下は、エンジン2から流出した排気ガスGの冷却が実質的に無視できる範囲の位置としてもよい。SCR11は、尿素水噴射部21が噴射した尿素水から生成されるNH3(アンモニア)を還元剤として用いた還元反応により、排気ガスG中のNOxをN2(窒素)及びH2O(水)等の無害な物質に変換する。
The SCR (Selective Catalytic Reduction) 11 is a selective reduction catalyst that selectively reduces and purifies NOx (nitride oxide) in the exhaust gas G. For example, it is directly under the
ASC(Ammonia Slip Catalyst)12は、SCR11からリークしたNH3を低減する触媒である。SCR11からリークしたNH3がDOC13に流入すると、NH3は、DOC13においてN2Oに酸化される。N2Oは、浄化され難く且つ有害性が高いため、N2Oの生成を極力抑制することが望ましい。そこで、SCR11とDOC13との間にASC12を配置することによって、DOC13においてN2Oが多く生成されてしまう事態が抑制される。
ASC (Ammonia Slip Catalyst) 12 is a catalyst that reduces NH 3 leaked from SCR 11. When NH 3 leaked from
DOC(Diesel Oxidation Catalyst)13は、排気ガスG中のNO(一酸化窒素)、HC(炭化水素)、及びCO(一酸化炭素)等を酸化する酸化触媒である。DOC13は、例えば、ゼオライト等の担体に金属又は金属酸化物を担持させたものから構成されている。DPF(Diesel Particulate Filter)14は、DOC13を通過した排気ガスG中の粒子状物質(PM:ParticulateMatter)を捕集して取り除くフィルタである。DPF14は、例えば、セラミックス又は金属多孔体から構成されている。DOC13の上流側には、DOC13に軽油を供給する軽油供給部が設けられてもよい。
DOC (Diesel Oxidation Catalyst) 13 is an oxidation catalyst that oxidizes NO (nitric oxide), HC (hydrocarbon), CO (carbon monoxide) and the like in the exhaust gas G. The
SCR15は、排気ガスG中のNOxを選択的に還元して浄化する選択還元触媒である。SCR15は、尿素水噴射部22から噴射される尿素水から生成されるNH3を還元剤として用いた還元反応により、排気ガスG中のNOxをN2及びH2O等の無害な物質に変換する。ASC16は、SCR15からリークしたNH3を酸化する酸化触媒である。ASC16として、例えば、ゼオライト等の担体にPt等の貴金属を担持させたものが用いられてもよい。
SCR15 is a selective reduction catalyst that selectively reduces and purifies NOx in the exhaust gas G. The SCR15 converts NOx in the exhaust gas G into harmless substances such as N 2 and H 2 O by a reduction reaction using NH 3 generated from the urea water injected from the urea
尿素水噴射部21は、排気通路5におけるエンジン2とSCR11との間に配置されている。尿素水噴射部21は、エンジン2とSCR11との間を流れる排気ガスGに尿素水を噴射可能に構成されている。尿素水噴射部22は、排気通路5におけるDPF14とSCR15との間に配置されている。尿素水噴射部22は、DPF14とSCR15との間を流れる排気ガスGに尿素水を噴射可能に構成されている。尿素水噴射部21及び尿素水噴射部22は、制御部23の制御に応じて尿素水を噴射する。排気ガスGが所定の温度(例えば180℃)以上の場合に、排気ガスGに尿素水が噴射されると、熱分解反応及び加水分解反応によってNH3が生成される。
The urea
センサ31は、例えば、排気通路5におけるエンジン2とSCR11との間であって、尿素水噴射部21の上流側に配置されている。センサ31は、エンジン2とSCR11との間を流れる排気ガスGの温度を検出し、検出した温度を制御部23に出力する。センサ32は、例えば、DOC13に配置されている。センサ32は、DOC13の温度を検出し、検出した温度を制御部23に出力する。「DOC13の温度を検出する」とは、DOC13の温度を直接的に検出する場合と、DOC13の温度を間接的に検出する場合の両方を含む。センサ32は、例えば、DOC13又はDOC13の上流側を流れる排気ガスGの温度を検出し、検出した温度からDOC13の温度を推定することでDOC13の温度を間接的に検出してもよい。センサ32は、DOC13の上流側を流れる排気ガスGの温度を検出する場合、DOC13の上流側の排気通路5に配置されてもよい。例えば、センサ32は、排気通路5におけるASC12とDOC13との間に配置されてもよい。
The
制御部23は、例えば、CPU、RAM、ROM、及び入出力インターフェース等を含んで構成されたコンピュータであり、ROMに格納された制御プログラムに従って、入力インターフェース回路から各種センサ情報等を取り込み、出力インターフェース回路から各種制御に必要な指令信号を出力する。制御部23は、尿素水噴射部21、尿素水噴射部22、センサ31、及びセンサ32と電気的に接続されている。制御部23は、例えば車両のECU(Electronic Control Unit)であってもよい。
The
制御部23は、センサ31及びセンサ32により検出された温度に基づいて、尿素水噴射部21及び尿素水噴射部22を制御する。センサ31により検出された温度が所定の第1の温度(例えば200℃)以上である場合には、制御部23は、尿素水噴射部21から尿素水を噴射させる。一方、センサ31により検出された温度が第1の温度未満である場合には、制御部23は、尿素水噴射部21から尿素水を噴射させない。第1の温度とは、SCR11の活性温度であって、尿素水からNH3を生成するために必要な温度である。
The
センサ32により検出された温度が所定の第2の温度(例えば200℃)以上である場合には、制御部23は、尿素水噴射部22から尿素水を噴射させる。一方、センサ32により検出された温度が第2の温度以上である場合には、制御部23は、尿素水噴射部22から尿素水を噴射させない。第2の温度とは、DOC13の活性温度である。本実施形態では、第1の温度及び第2の温度は互いに同一となっているが、第1の温度及び第2の温度は互いに異なっていてもよい。
When the temperature detected by the
センサ31により検出された温度が第1の温度以上であって、センサ32により検出された温度が第2の温度以上である場合には、制御部23は、第1の噴射量の尿素水を尿素水噴射部21から噴射させ、第2の噴射量の尿素水を尿素水噴射部22から噴射させる。第1の噴射量は、尿素水噴射部21から噴射させる予定の噴射量であって、SCR11でのNOxの還元反応の進行に必要な分だけのNH3(すなわち、SCR11でのNOxの還元反応の際に消費しきれる量のNH3)を生成可能な尿素水の噴射量である。第2の噴射量は、尿素水噴射部22から噴射させる予定の噴射量であって、SCR15でのNOxの還元反応の進行に必要な分だけのNH3(すなわち、SCR15でのNOxの還元反応の際に消費しきれる量のNH3)を生成可能な尿素水の噴射量である。つまり、制御部23は、センサ31により検出された温度が第1の温度以上であって、センサ32により検出された温度が第2の温度以上である場合には、予定していた噴射量の尿素水をそのまま尿素水噴射部21及び尿素水噴射部22からそれぞれ噴射させる。
When the temperature detected by the
センサ31により検出された温度が第1の温度以上であるとき、SCR11の上流側を流れる排気ガスGの温度は、尿素水からNH3を生成するために必要な温度以上となっている。この環境下において、SCR11の上流側において尿素水噴射部21から第1の噴射量の尿素水が噴射されると、熱分解反応及び加水分解反応によって、噴射した尿素水からNH3が生成される。生成されたNH3がSCR11に流入すると、SCR11においてNOxの還元反応が進行する。また、センサ32により検出された温度が第2の温度以上であるとき、DOC13の温度は、活性温度以上になっている。DOC13の温度が活性温度以上の高温となっていれば、下流側の排気ガスGの温度は十分昇温しているので、SCR15付近の温度は、尿素水からNH3を生成するために必要な温度以上となる。この環境下において尿素水噴射部22から第2の噴射量の尿素水が噴射されると、熱分解反応及び加水分解反応によって、噴射した尿素水からNH3が生成される。生成されたNH3がSCR15に流入すると、SCR15においてNOxの還元反応が進行する。
When the temperature detected by the
センサ31により検出された温度が第1の温度以上であって、センサ32により検出された温度が第2の温度未満である場合には、制御部23は、第1の噴射量と第2の噴射量との合計量の尿素水を尿素水噴射部21から噴射させ、尿素水噴射部22から尿素水を噴射させない。つまり、制御部23は、センサ31により検出された温度が第1の温度以上であって、センサ32により検出された温度が第2の温度未満である場合には、尿素水噴射部21から噴射させる予定の噴射量に、尿素水噴射部22から噴射させる予定の噴射量を加えた量の尿素水を尿素水噴射部21から噴射させる。
When the temperature detected by the
センサ31により検出された温度が第1の温度以上であるとき、SCR11の上流側を流れる排気ガスGの温度は、尿素水からNH3を生成するために必要な温度以上となっている。この環境下において、第1の噴射量と第2の噴射量との合計量の尿素水が尿素水噴射部21から噴射されると、熱分解反応及び加水分解反応によって、当該合計量の尿素水に応じた多量のNH3が生成される。このNH3がSCR11に流入すると、SCR11においてNOxの還元反応が進行する。SCR11におけるNOxの還元反応の際に、第1の噴射量分に対応する量のNH3が消費され、第2の噴射量分に対応する量のNH3はSCR11で消費しきれず、SCR11の下流にリークする。SCR11からリークしたNH3は、ASC12、DOC13、及びDPF14を経て、SCR15に到達する。そして、SCR15において、リークしたNH3を用いたNOxの還元反応が進行する。
When the temperature detected by the
次に、図2を参照して、SCR11及びASC12の触媒構成について説明する。図2は、SCR11及びASC12の触媒構成を示す概略図である。図2に示すように、SCR11は、Cu(銅)を含有するSCRである。以下では、Cuを含有するSCRを「Cu系SCR」と称する。Cu系SCRとしては、例えば、セラミック等の担体に銅ゼオライトを担持させたものが挙げられる。Cu系SCRは、NOが多く存在する環境下において、NOxの還元反応を十分に進行させることができる。NOが多く存在する環境とは、NOxのうちのNO2(二酸化窒素)が占める割合と比べて、NOxのうちのNOが占める割合の方が高い環境を意味する。 Next, the catalyst configurations of SCR11 and ASC12 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic view showing the catalyst configurations of SCR11 and ASC12. As shown in FIG. 2, SCR11 is an SCR containing Cu (copper). Hereinafter, the SCR containing Cu will be referred to as "Cu-based SCR". Examples of the Cu-based SCR include those in which copper zeolite is supported on a carrier such as ceramic. The Cu-based SCR can sufficiently proceed with the reduction reaction of NOx in an environment in which a large amount of NO is present. An environment in which a large amount of NO is present means an environment in which the proportion of NO in NOx is higher than the proportion of NO 2 (nitrogen dioxide) in NOx.
Cu系SCRは、NH3を多く吸着する性質を有する。このため、SCR11の上流側において尿素水から生成されたNH3の多くは、SCR11を通過する際にSCR11に吸着する。SCR11に吸着したNH3は、エンジン2から排出された直後の排気ガスGによる急激な温度上昇によって、SCR11からリークする。なお、図2に示す例では、SCR11の全体がCu系SCRとなっているが、SCR11の一部のみがCu系SCRとなっていてもよい。
The Cu-based SCR has the property of adsorbing a large amount of NH 3. Therefore, most of NH 3 generated from urea water on the upstream side of
ASC12は、酸化触媒としての機能に加え、SCRとしての機能を有する触媒である。ASC12は、酸化触媒として機能する酸化部12aと、SCRとして機能する還元部12bと、を有している。酸化部12aは、ASC12の上流側に配置されている。酸化部12aは、Pt(白金)、Pd(パラジウム)、又はRu(ルテニウム)等の貴金属を含有している。酸化部12aとしては、例えば、ゼオライト等の担体にPtを担持させたものが挙げられる。
ASC12 is a catalyst having a function as an SCR in addition to a function as an oxidation catalyst. The
酸化部12aは、SCR11からリークしたNH3をNO及びNO2等のNOxに酸化すると共に、SCR11を通過した排気ガスG中のNOをNO2に酸化する。NH3に対する酸化部12aの酸化力が高すぎると酸化部12aがNH3をN2Oに酸化してしまうため、NH3に対する酸化部12aの酸化力は、NH3をN2Oに酸化せずに、NH3をNO及びNO2等に酸化することが可能な程度に設定される。
The oxidizing
還元部12bは、ASC12の下流側に配置されている。還元部12bは、例えば、Fe(鉄)又はCu(銅)等の金属を含有するSCRである。本実施形態では、還元部12bが、Feを含有するSCRである場合を例示する。以下では、Feを含有するSCRを「Fe系SCR」と称する。Fe系SCRとしては、例えば、セラミック等の担体に鉄ゼオライトを担持させたものが挙げられる。還元部12bは、酸化部12aを通過した排気ガスG中のNOxを選択的に還元して浄化する。具体的には、還元部12bは、SCR11において還元しきれなかったNOxを還元すると共に、酸化部12aにおけるNH3の酸化により生成されたNOxを還元する。
The
ASC12に流入した排気ガスG中のNH3は、酸化部12aにおいてNO及びNO2等のNOxに酸化され、還元部12bにおいてNOxを還元反応のために消費されるので、ASC12からのNH3のリークが抑制される。更に、還元部12bにおけるNOxの還元反応によって、ASC12から流出する排気ガスG中のNOxが浄化される。なお、酸化部12a及び還元部12bは、例えば、2層コート又はゾーンコートにより、ASC12の上流側部分及び下流側部分にそれぞれに形成される。
NH 3 in the exhaust gas G that has flowed into the ASC12 is oxidized to NOx of 2 such as NO and NO in the
次に、図3を参照して、SCR15の触媒構成について説明する。図3は、SCR15の触媒構成を示す概略図である。図3に示すように、SCR15の上流側部分15aがFe系SCRとなっており、SCR15の下流側部分15bがCu系SCRとなっている。Fe系SCRは、排気ガスGにNO及びNO2が共存する環境下において、NOxの還元反応を十分に進行させることができる。NO及びNO2が共存する環境とは、NO及びNO2が共に或る程度存在する環境、例えば、NOxのうちのNOが占める割合(NOの割合)と、NOxのうちのNO2が占める割合(NO2の割合)とが同程度となっている環境を意味する。これに対し、Cu系SCRは、上述したように、NOが多く存在する(或いはNOのみが存在する)環境下において、NOxの還元反応を十分に進行させることができる。SCR15に流入した排気ガスGのNOxは、Fe系SCRにおいて浄化された後、Cu系SCRにおいて更に浄化される。
Next, the catalyst configuration of SCR15 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic view showing the catalyst configuration of SCR15. As shown in FIG. 3, the
図3に示す例では、SCR15においてFe系SCRが占める割合(Fe系SCRの割合)、及び、SCR15においてCu系SCRが占める割合(Cu系SCRの割合)は共に1/2程度となっているが、この例に限定されず、Fe系SCRの割合及びCu系SCRの割合は適宜変更可能である。Fe系SCRの割合は、例えば、DOC13におけるNO2の割合とNOの割合との大小に応じて決定されてもよい。 In the example shown in FIG. 3, the ratio of Fe-based SCR in SCR15 (ratio of Fe-based SCR) and the ratio of Cu-based SCR in SCR15 (ratio of Cu-based SCR) are both about 1/2. However, the present invention is not limited to this example, and the ratio of Fe-based SCR and the ratio of Cu-based SCR can be changed as appropriate. The ratio of Fe-based SCR may be determined, for example, according to the magnitude of the ratio of NO 2 and the ratio of NO in DOC13.
次に、本実施形態に係る排気浄化装置1の作用・効果について、比較例が有する課題と共に説明する。 Next, the operation and effect of the exhaust gas purification device 1 according to the present embodiment will be described together with the problems of the comparative example.
図4は、比較例に係る排気浄化装置100を示す概略構成図である。図4に示すように、排気浄化装置100は、排気通路5の上流側から順に、排気ガスG中のCO及びHCを浄化すると共にNOxのうちNOを酸化するDOC113と、排気ガスG中の粒状物質を捕集するDPF114と、排気ガスG中のNOxを浄化するSCR115と、SCR115からリークしたNH3を酸化するASC116と、を備えている。排気浄化装置100では、SCR115の上流側に配置されたセンサ132が排気ガスGの温度を検出し、排気ガスGの温度が所定温度以上となった場合に、制御部123が尿素水噴射部122から尿素水を噴射させる。一方、排気ガスGの温度が所定温度未満である場合には、尿素水噴射部122から尿素水を噴射しても、尿素水からNH3を生成することはできず、SCR115においてNOxの還元反応が促進されない。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an exhaust
排気浄化装置100では、図4に示すように、SCR115がDOC113及びDPF114の下流側に配置されているので、エンジン2からSCR115までの距離が長い。このため、エンジン2の始動時等においては、SCR115の上流側の排気ガスGの温度が所定温度に達するまでに時間を要する。よって、この排気ガスGの温度が所定温度に達するまでの期間は、SCR115においてNOxの還元反応が促進されない。したがって、排気浄化装置100では、NOxの浄化効率の向上を図ることは難しい。
In the exhaust
これに対し、本実施形態に係る排気浄化装置1では、図1に示すように、SCR11がDOC13及びDPF14の上流側に配置されているので、エンジン2から排出された直後の高温の排気ガスGをSCR11に流すことができる。これにより、SCR11を早期に活性化させることができ、NOxの浄化効率の向上を図ることができる。更に、SCR11はCu系SCRとなっている。エンジン2から排出される排気ガスGはNOを多く含むため、SCR11には、NOの割合が高い状態の排気ガスGが流入する。このようにNOが多く存在する(或いはNOのみが存在する)環境下においては、NOxの浄化性能を十分に発揮させる観点から、他のSCRを用いるよりもCu系SCRを用いることが好適である。したがって、SCR11をCu系SCRとすることにより、エンジン2の直後に配置されたSCR11においてNOxの還元反応を十分に進行させることができ、NOxを効率的に浄化することができる。
On the other hand, in the exhaust gas purification device 1 according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, since the
SCR11を通過した排気ガスGは、DOC13及びDPF14を通過した後、SCR15に流入する。ここで、エンジン2の始動時等は、下流側の排気ガスGの温度が十分に上昇するまでに時間を要する。下流側の排気ガスGの温度が十分に上昇するまでの期間は、下流側のDOC13及びSCR15等の触媒の温度も十分に昇温しない。図5は、排気ガスGの温度、及び排気ガスGが通過する各触媒の温度を時系列で示すグラフである。図5において、横軸は、車両の運転時間を示し、縦軸は、排気ガスGの温度、及び排気ガスGが通過する各触媒の温度を示している。図5において、「ガス温度」は、エンジン2から排出された直後の排気ガスGの温度を示し、「SCR IN」は、SCR11の入口の温度を示し、「DOC IN」は、DOC13の入口の温度を示し、「DPF OUT」は、DPF14の出口の温度を示し、「SCR2 IN」は、SCR15の入口の温度を示している。
Exhaust gas G that has passed through SCR11 flows into SCR15 after passing through DOC13 and DPF14. Here, when the
図5に示すように、エンジン2の直下の「ガス温度」及び「SCR IN」は、運転を開始してから急峻に上昇し、運転を開始してから50秒を経過した時点で200℃付近に到達している。一方、エンジン2から離れた下流側の「DOC IN」、「DPF OUT」、及び「SCR2 IN」は、運転時間の経過に応じて緩やかに上昇している。「DOC IN」は、運転を開始してから300秒を経過するまでは200℃付近に到達せず、「SCR2 IN」は、運転を開始してから600秒を経過するまでは200℃付近に到達しない。このように、運転を開始してから600秒を経過するまでの期間では、SCR15の温度が、尿素水からNH3が生成されるために必要な温度(200℃付近)に到達しないので、尿素水噴射部22から尿素水を噴射しても、この尿素水からNH3を生成することはできない。しかし、運転を開始してから300秒を経過するまでの期間においては、DOC13の温度も十分に上昇しておらず、DOC13の活性温度(200℃付近)に到達していない。つまり、DOC13が活性化してないので、DOC13における酸化反応が十分に進行しない。よって、このように下流側の触媒の温度が十分に上昇するまでの期間においては、SCR11を通過した排気ガスG中のNH3の多くは、DOC13において酸化されずに、DOC13から流出することとなる。
As shown in FIG. 5, the “gas temperature” and “SCR IN” directly under the
図6は、DOC13の入口に流入する排気ガスGの温度、及びDOC13の出口から流出する排気ガスG中の各成分の濃度を時系列で示すグラフである。図6において、横軸は、車両の運転時間を示し、左縦軸は、DOC13の出口から流出する排気ガスG中の各成分の濃度を示し、右縦軸は、DOC13の入口に流入する排気ガスGの温度を示している。図6において、「ガス温度」は、DOC13の入口に流入する排気ガスGの温度(すなわちDOC13の入口の温度)を示し、「NH3」は、DOC13の出口から流出する排気ガスG中のNH3の濃度を示し、「NO」は、DOC13の出口から流出する排気ガスG中のNOの濃度を示し、「NO2」は、DOC13の出口から流出する排気ガスG中のNO2の濃度を示し、「N2O」は、DOC13の出口から流出する排気ガスG中のN2Oの濃度を示している。
FIG. 6 is a graph showing the temperature of the exhaust gas G flowing into the inlet of the
図6に示すように、「ガス温度」が200℃付近に到達するまでの期間において、NH3の濃度が極端に高くなっており、NO、NO2、及びN2Oの濃度は低い状態となっている。そして、「ガス温度」が200℃付近を超えると、NH3の濃度が極端に低下し、NO、NO2、及びN2Oの濃度が増加する。これは、DOC13の温度が200℃付近に到達するまでの期間においては、DOC13に流入した排気ガスG中のNH3の多くが、DOC13によってNO、NO2、及びN2O等のNOxに酸化されずに、DOC13から流出していることを意味している。一方、DOC13の温度が200℃付近を超えると、排気ガスG中のNH3がDOC13によってNOxに酸化されるので、NH3の濃度が低下すると共にNOxの濃度が増加する。このように、DOC13の温度が活性温度である200℃付近に到達するまでの期間においては、排気ガスG中のNH3の多くは、DOC13において酸化されずに、そのままDOC13の下流側に流出することが分かる。そして、DOC13の下流側に流出したNH3は、DPF14を経てSCR15に供給される。したがって、この期間を利用してSCR15へNH3を積極的にリークさせれば、SCR15において、リークしたNH3を用いたNOxの還元反応を進行させることができると考えられる。
As shown in FIG. 6, the concentration of NH 3 is extremely high and the concentrations of NO, NO 2 , and N 2 O are low in the period until the “gas temperature” reaches around 200 ° C. It has become. When the "gas temperature" exceeds around 200 ° C., the concentration of NH 3 is extremely lowered, and the concentrations of NO, NO 2 , and N 2 O are increased. This is because most of NH 3 in the exhaust gas G flowing into the
そこで、本実施形態に係る排気浄化装置1では、DOC13の温度が活性温度以上である場合に、尿素水噴射部22から尿素水を噴射させずに、尿素水噴射部21から噴射させる予定の第1の噴射量に、尿素水噴射部22から噴射させる予定の第2の噴射量を加えた量の尿素水を、尿素水噴射部21から噴射させる。このように、SCR11において処理しきれない余剰の尿素水を尿素水噴射部21から噴射させることにより、尿素水から生成されるNH3をSCR11の下流側に積極的にリークさせることができる。そして、リークしたNH3の多くは、DOC13の温度が活性温度未満である場合、DOC13において酸化されずにSCR15に供給されるので、SCR15においてNOxの還元反応を進行させることができる。つまり、下流側の排気ガスGの温度が十分に上昇するまでの期間において、NOxの還元反応を効率的に進行させることができる。したがって、本実施形態に係る排気浄化装置1によれば、NOxの浄化効率を向上させることができる。
Therefore, in the exhaust purification device 1 according to the present embodiment, when the temperature of the
本実施形態に係る排気浄化装置1では、制御部23は、センサ32により検出されたDOC13の温度がDOC13の活性温度以上である場合に、尿素水噴射部21から第1の噴射量の尿素水を噴射させ、尿素水噴射部22から第2の噴射量の尿素水を噴射させる。DOC13の温度がDOC13の活性温度以上である場合、DOC13にNH3がリークすると、DOC13において、リークしたNH3は、浄化され難く且つ有害性の高いN2Oに酸化されてしまう。そこで、尿素水噴射部21から、余剰の尿素水ではなく、予定量(第1の噴射量)の尿素水を噴射させることにより、DOC13へのNH3のリークを抑制している。これにより、DOC13においてN2Oが生成されてしまう事態を抑制できる。また、DOC13の温度がDOC13の活性温度以上である場合には、SCR15の付近にて尿素水からNH3を生成できる。よって、尿素水噴射部22から予定量(第2の噴射量)の尿素水を噴射させることで、SCR15においてNOxの還元反応を進行させることができる。
In the exhaust gas purification device 1 according to the present embodiment, the
本実施形態に係る排気浄化装置1では、SCR15の上流側部分15aはFe系SCRであり、SCR15の下流側部分15bはCu系SCRである。ASC12を通過した排気ガスG中のNOは、DOC13によってNO2に酸化されるので、SCR15の上流側部分15aには、NO2の割合が増加した状態(例えば、NO及びNO2の割合が同程度の状態)の排気ガスGが流入する。このようにNO及びNO2が共存する環境下においては、上述したようにFe系SCRを用いることが好適である。したがって、SCR15の上流側部分15aをFe系SCRとすることにより、上流側部分15aにおいて、NOxの還元反応を十分に進行させることができ、NOxを効率的に浄化することができる。
In the exhaust gas purification device 1 according to the present embodiment, the
一方、Fe系SCRは、NOのみが存在する(或いはNOの割合が高い)環境下においては、NOxの還元反応を十分に進行させることができない。このため、仮に、NOの割合がNO2の割合に対して比較的高い状態の排気ガスGが上流側部分15aに流入した場合には、Fe系SCRにおけるNOxの還元反応の際にNOが還元しきれず、NOが排気ガスG中に残存してしまうことが想定される。これに対し、Cu系SCRは、上述したように、NOのみが存在する(或いはNOの割合が高い)環境下において、NOxの還元反応を十分に進行させることができる。よって、SCR15の下流側部分15bをCu系SCRとすることにより、Fe系SCRを通過した排気ガスG中のNOxを効率的に浄化することができる。更に、SCR15の上流側部分15aにおいてNO及びNO2等が浄化されることで、SCR15の下流側部分15b(Cu系SCR)に流入する排気ガスG中のNO及びNO2等が減少する。このように、Cu系SCRに流入するNO2を減少させることで、Cu系SCRにおいて、浄化され難く且つ有害性の高いN2Oが多く生成されてしまう事態を抑制できる。したがって、本実施形態に係る排気浄化装置1によれば、排気ガスG中のNOxの浄化効率を一層向上させることができる。
On the other hand, the Fe-based SCR cannot sufficiently proceed with the reduction reaction of NOx in an environment in which only NO is present (or the proportion of NO is high). Therefore, if the exhaust gas G in a state where the ratio of NO is relatively high with respect to the ratio of NO 2 flows into the
本実施形態に係る排気浄化装置1は、排気通路5におけるSCR11とDOC13との間に配置されたASC12を備えている。上述したように、Cu系SCRであるSCR11は、NH3を多く吸着する性質を有するため、尿素水から生成されたNH3の多くはSCR11に吸着し、SCR11に吸着したNH3は、エンジン2から排出された直後の排気ガスGによる急激な温度上昇によって、SCR11からリークする。SCR11とDOC13との間にASC12が配置されると、リークしたNH3は、ASC12によって低減された後、DOC13に流入する。これにより、DOC13において、リークしたNH3が、浄化され難く且つ有害性の高いN2Oに酸化されてしまう事態を抑制できる。その結果、NOxの浄化効率を一層向上させることができる。
The exhaust purification device 1 according to the present embodiment includes an
本実施形態に係る排気浄化装置1は、排気通路5におけるSCR15の下流側に配置されたASC16を備えている。これにより、排気ガスG中のNH3は、ASC16によってNO及びNO2等のNOxに酸化された後、排気浄化装置1の外部に排出されるので、有害物質であるNH3が大気中に放出されてしまう事態を抑制できる。
The exhaust gas purification device 1 according to the present embodiment includes an
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。排気浄化装置の構成は、上述した実施形態に限られず、特許請求の範囲の記載の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、排気浄化装置は、ASC12及びASC16を備えていなくてもよいし、ASC12及びASC16のいずれか一方のみを備えていてもよい。ASC12は、ASC16と同様の構成を有していてもよい。すなわち、ASC12は、酸化部12aのみを有していてもよい。逆に、ASC16は、ASC12と同様に、酸化部12a及び還元部12bを有していてもよい。尿素水噴射部21、尿素水噴射部22、センサ31、及びセンサ32の配置は、適宜変更可能である。例えば、センサ31は、尿素水噴射部21の下流側に配置されていてもよいし、センサ32は、尿素水噴射部22の下流側に配置されていてもよい。排気浄化装置は、センサ31を備えていなくてもよい。下流側のセンサ32により検出された温度が第2の温度以上である場合、上流側のセンサ31により検出された温度は第1の温度以上になっていると考えられるので、制御部23は、センサ32により検出された温度のみに基づいて、尿素水噴射部21及び尿素水噴射部22を制御してもよい。すなわち、制御部23は、センサ32により検出された温度が第2の温度以上である場合に、尿素水噴射部21及び尿素水噴射部22から、それぞれ第1の噴射量の尿素水、及び第2の噴射量の尿素水を噴射させてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiments. The configuration of the exhaust gas purification device is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the gist of the description of the claims. For example, the exhaust gas purification device may not be provided with ASC12 and ASC16, or may be provided with only one of ASC12 and ASC16. The
1…排気浄化装置、2…エンジン、5…排気通路、11…SCR(第1の還元触媒)、12…ASC(第1のアンモニアスリップ触媒)、13…DOC(酸化触媒)、14…DPF(フィルタ)、15…SCR(第2の還元触媒)、15a…上流側部分、15b…下流側部分、16…ASC(第2のアンモニアスリップ触媒)、21…尿素水噴射部(第1の還元剤噴射部)、22…尿素水噴射部(第2の還元剤噴射部)、23…制御部、32…センサ、G…排気ガス。 1 ... Exhaust purification device, 2 ... Engine, 5 ... Exhaust passage, 11 ... SCR (first reducing catalyst), 12 ... ASC (first ammonia slip catalyst), 13 ... DOC (oxidation catalyst), 14 ... DPF ( Filter), 15 ... SCR (second reducing catalyst), 15a ... upstream side portion, 15b ... downstream side portion, 16 ... ASC (second ammonia slip catalyst), 21 ... urea water injection section (first reducing agent) Injection unit), 22 ... urea water injection unit (second reducing agent injection unit), 23 ... control unit, 32 ... sensor, G ... exhaust gas.
Claims (5)
前記排気ガスが流れる排気通路に配置され、前記排気ガスに含まれるNOxを還元する第1の還元触媒と、
前記排気通路における前記第1の還元触媒の下流側に配置され、少なくとも前記NOxのうちNOを酸化する酸化触媒と、
前記排気通路における前記酸化触媒の下流側に配置され、前記排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記排気通路における前記フィルタの下流側に配置され、前記排気ガスに含まれるNOxを還元する第2の還元触媒と、
前記排気通路における前記第1の還元触媒の上流側に配置され、前記排気ガスに還元剤を噴射可能に構成された第1の還元剤噴射部と、
前記排気通路における前記フィルタと前記第2の還元触媒との間に配置され、前記排気ガスに還元剤を噴射可能に構成された第2の還元剤噴射部と、
前記酸化触媒の温度を検出するセンサと、
前記センサにより検出された前記酸化触媒の温度に基づいて、前記第1の還元剤噴射部及び第2の還元剤噴射部を制御する制御部と、
を備え、
前記第1の還元触媒は、銅(Cu)を含有し、
前記制御部は、前記センサにより検出された前記酸化触媒の温度が前記酸化触媒の活性温度未満である場合には、前記第2の還元剤噴射部から前記還元剤を噴射させずに、前記第1の還元剤噴射部から噴射させる予定の第1の噴射量に、前記第2の還元剤噴射部から噴射させる予定の第2の噴射量を加えた量の前記還元剤を前記第1の還元剤噴射部から噴射させる、排気浄化装置。 An exhaust purification device that purifies the exhaust gas emitted from the engine.
A first reduction catalyst, which is arranged in an exhaust passage through which the exhaust gas flows and reduces NOx contained in the exhaust gas, and
An oxidation catalyst that is arranged downstream of the first reduction catalyst in the exhaust passage and oxidizes at least NO of the NOx.
A filter arranged on the downstream side of the oxidation catalyst in the exhaust passage and collecting particulate matter contained in the exhaust gas,
A second reduction catalyst, which is arranged on the downstream side of the filter in the exhaust passage and reduces NOx contained in the exhaust gas,
A first reducing agent injection section arranged on the upstream side of the first reducing catalyst in the exhaust passage and capable of injecting a reducing agent into the exhaust gas.
A second reducing agent injection unit arranged between the filter and the second reducing catalyst in the exhaust passage and capable of injecting a reducing agent into the exhaust gas.
A sensor that detects the temperature of the oxidation catalyst and
A control unit that controls the first reducing agent injection unit and the second reducing agent injection unit based on the temperature of the oxidation catalyst detected by the sensor.
With
The first reduction catalyst contains copper (Cu) and contains copper (Cu).
When the temperature of the oxidation catalyst detected by the sensor is lower than the active temperature of the oxidation catalyst, the control unit does not inject the reducing agent from the second reducing agent injection unit, and the first unit does not inject the reducing agent. The first reducing agent in an amount obtained by adding the second injection amount to be injected from the second reducing agent injection unit to the first injection amount to be injected from the reducing agent injection unit of 1. An exhaust purification device that injects from the agent injection part.
前記第2の還元触媒の下流側部分は、銅(Cu)を含有する、請求項1又は2に記載の排気浄化装置。 The upstream portion of the second reduction catalyst contains iron (Fe) and contains iron (Fe).
The exhaust gas purification device according to claim 1 or 2, wherein the downstream portion of the second reduction catalyst contains copper (Cu).
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017040239A (en) * | 2015-08-21 | 2017-02-23 | 日野自動車株式会社 | Exhaust emission control device |
JP2019100328A (en) * | 2017-12-08 | 2019-06-24 | 株式会社豊田中央研究所 | Exhaust emission control device for internal combustion engine |
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